Chuyển hóa CO ở nhà máy đạm

Tiểu luận môn học

ĐỘNG HỌC XÚC TÁC

Đề tài: Xúc tác quá trình chuyển hóa CO ở nhiệt độ cao trong nhà máy
Đạm (HTWGS)

GVHD: PGS. TS. Phạm Thanh Huyền


Nhóm sinh viên thực hiện

Lê Nam Anh

Hoàng Tiến Dũng

Trần Đức Long

20140097

20140784

20142705


Nội dung
1

2

3

4

Tổng
Tổng quan
quan về
về quá
quá trình
trình

Xúc
Xúc tác
tác quá
quá trình
trình

Nguyên
Nguyên nhân
nhân mất
mất hoạt
hoạt tính
tính

Các
Các phương
phương pháp
pháp nghiên
nghiên cứu
cứu đặc
đặc trưng

trưng


1

Tổng quan về quá
trình


Giới thiệu quá trình WGS

HDS

Amonia
Synthesis

Primary

Secondary

Reforming

Reforming

Methanation

CO2
absorption

HTWGS

LTWGS


Tổng quan về quá trình
HTWGS:

CO2 + H2

CO + H2O

Mục Đích

Giảm CO xuống còn 2-3%
Thu thêm H2 và CO2

0
T= 350-500 C
Điều kiện

P= 2-3 Mpa
Fe2O3-Cr2O3-CuO

Xúc tác

Thiết bị lớp xúc tác cố định, chế độ đoạn
Thiết bị

nhiệt
QT không thể thiếu trong nhà máy

Ý nghĩa

Đạm


Nhiệt động học phản ứng
WGS:

CO + H2O

CO2 + H2 (∆⁰H298 = -41 kj/mol)

Sự phụ thuộc giữa hằng số cân bằng K vào nhiệt độ

Soure: [3]


Động học phản ứng

Soure: [1]


2

Xúc tác quá trình


Thành phần xúc tác
Fe2O3

Khử hóa thành Fe3O4 là pha hoạt tính

80-90%
Trợ xt, tăng độ bền cơ bền nhiệt

Cr2O3

và giảm thiêu kết

5-10%
CuO

Tránh khử quá Fe3O4 và các phản

2%

ứng phụ



Cơ chế hoạt động

Kinetics and Catalysis of the Water-Gas-Shift Reaction: A Microkinetic and Graph Theoretic Approach


Điều chế xúc
tác

Tạo hydroxyt Sắt và

PP Ngâm tẩm hoặc đồng kết tủa

Crom

Thực hiện cẩn thận tránh tạo sắt cacbua

Nung ở 500⁰C

Khử về Fe3O4

và CrO3 là tiền chất hình thành Cr6+

Khử Fe2O3 về Fe3O4
khử CrO3 về Cr2O3


3

Nguyên nhân
mất hoạt tính


Các nguyên nhân gây mất hoạt tính

Hợp chất chưa lưu huỳnh >
150ppm

Ngộ độc xúc tác

Hợp chất chứa Clo > 1ppm

Các nguyên nhân gây mất hoạt tính

Các hợp chất không no

Các hợp chất chứa PhotPho
Silic Oxit

Lẫn trong dòng steam từ QT

Từ dòng steam, vật liệu

Do phản ứng phụ sinh ra, NO xt

reforming hoặc rò rỉ lò đốt

chịu lửa, hoặc các chất trơ

quá trình trùng ngưng tạo polyme

đưa vào trong QT

Che phủ bề mặt xúc tác


Các nguyên nhân gây mất hoạt tính

Thiết bị làm lạnh gặp vấn đề

Nhiệt độ > 500⁰C

Thiêu kết


Các nguyên nhân gây mất hoạt tính

Steam / Methane < 2.8
(S/C)

Giảm độ bền xúc
tác

Shutdown nhà máy hoặc dừng quá trình

Xúc tác dễ tự bốc cháy hoặc bị oxi hóa


Các nguyên nhân gây mất hoạt tính

•
•

R là yếu tố phản ứng dự đoán mức độ suy giảm dựa vào thành phần khí với sự có mặt của hơi nước.
Theo đó, các nhà máy hoạt động ổn định có giá trị từ 1,2 10% hơi nước trong khí hydro ở 400 ° C hoặc 17% hơi nước ở 550 ° C là đủ để duy trì hoạt tính của xúc tác.

•

Tuy nhiên, lượng hơi nước không được quá cao vì khi ngưng tụ có thể hòa tan Crom.

Xử lý tháo bỏ xúc tác
-

Xúc tác mất hoạt tính sẽ được tháo ra khỏi TB. Người ta tiến hành giảm áp suất trong TB, giảm nhiệt độ xuống khoảng
150⁰C, bơm khí trơ, hạ nhiệt dần xuống 40 ⁰C. Xúc tác tự tháo ra theo cửa xả xúc tác ở đáy

-

Quá trình tháo xúc tác phải tránh xa với nguồn lửa vì có H 2 dễ gây cháy nổ, bản thân xúc tác cũng rất dễ bắt cháy


Các phương pháp nghiên cứu

4

đặc trưng


Nghiên cứu đặc trưng

-

Xúc tác chứa Cr trong quá trình hoạt động sinh Cr6+

-

Cr6+ là chất gây ung thư thuộc nhóm 1 và gây ô nhiễm môi trường cần được loại bỏ

Xu hướng nghiên cứu hệ xúc tác
Fe – Al - Cu không chứa Crom


Hệ xúc tác Fe – Al – Cu
Hấp phụ BET

Soure: [2]


Hệ xúc tác Fe – Al – Cu
 

 

Trong đó:

 : kích thước trung bình của tinh thể
 K: hằng số, K=0.9
 : bước sóng tia X
 : độ rộng bán định pic đặc trưng của tinh thể
 : góc quét tại đó xuất hiện pic đặc trưng

Soure: [2]


Hệ xúc tác Fe – Al – Cu
Xt Fe có peak khử
Fe2O3 về Fe3O4 tại 433⁰C

Xt Fe-Cr có peak khử
Fe2O3 về Fe3O4 tại 444⁰C

Xt Fe-Al có peak khử
Fe2O3 về Fe3O4 tại 400⁰C
Soure: [2]

Hệ xúc tác Fe-Al hình thành pha hoạt tính ở nhiệt độ thấp hơn mà vẫn giữ được tính ổn định